專利名稱：一種生物發(fā)酵木糖醇和阿拉伯糖的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明也是采用生物與化學(xué)相結(jié)合的生產(chǎn)方法，發(fā)酵工藝獨(dú)特，首創(chuàng)性利用 酵母菌和玉米芯廢棄物生產(chǎn)木糖醇和阿拉伯糖，同時(shí)減少了污染和耗能，為玉米芯高附加值 合理利用開(kāi)創(chuàng)了一條工業(yè)化道路。技術(shù)背景稻殼、玉米芯、花生殼和甘蔗渣等農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)副產(chǎn)品總量超過(guò)1億噸，大 部分可用于生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品。同時(shí)這些玉米芯、棉籽皮、甘蔗渣、樺木碎屑等都可以作為 生產(chǎn)木糖醇的原料。其中玉米年產(chǎn)量1.1億 1.3億噸，每年有2000萬(wàn)噸的玉米芯，經(jīng)過(guò) 次加工，可增值1一2倍；經(jīng)過(guò)二次加工，可增值5~10倍；經(jīng)過(guò)三次加工，可增值幾十倍 甚至上百倍。玉米芯原本只能當(dāng)作柴火或廢棄物，如今以玉米芯為原材料，廣泛用于生產(chǎn)木 糖醇、康醇等精細(xì)化工，形成了 條以玉米芯為源頭，逐漸向下游延伸的產(chǎn)業(yè)鏈條。同時(shí)玉 米芯的殘?jiān)梢灾瞥煞柿?，?duì)改良鹽堿地和提高土壤肥力具有良好作用。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)木 糖醇主要是利用玉米芯作為原料生產(chǎn)，利用稀酸水解和加氫的方法生產(chǎn)木糖醇，木糖化學(xué)催 化加氫法是目前工業(yè)生產(chǎn)木糖醇的主要方法，但這一生產(chǎn)工藝需要單獨(dú)制氫，并要在高溫高 壓下反應(yīng)，工藝復(fù)雜、安全性差。由于反Kv:無(wú)專一'性，必須以價(jià)格較高的純木糖為原料，否 則產(chǎn)品中會(huì)有多種雜醇不易分離而影響質(zhì)量，'成本較高。同時(shí)耗能高，污染環(huán)境，耗水量大。木糖醇是-天然甜味劑，具有很好的保健醫(yī)療作用，對(duì)對(duì)糖尿病人與糖耐量增高者等特 殊人群和需要減肥的人群尤為有益。與木糖醇相比，作為5碳糖的L-阿拉伯糖具有的生理功 能更為奇特。近年來(lái)國(guó)際生理學(xué)家和營(yíng)養(yǎng)學(xué)家就L-阿拉伯糖在腸道內(nèi)對(duì)糖類代謝的作用做了 -系列深入研究，發(fā)現(xiàn)L-阿拉伯糖對(duì)蔗糖的代謝轉(zhuǎn)化具有顯著阻斷作用，使得它在減肥、控 制糖尿病等方面的應(yīng)用前景看好。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，只要在普通蔗糖屮添加2%的L-阿拉伯糖， 就可以抑制40。/。蔗糖的吸收，同時(shí)也抑制了血糖值少升高約50%;如果L-阿拉伯糖添加量達(dá) 到4%,可以使血糖值完全不升高，胰島素幾乎不分泌L-阿拉伯糖作為一種低熱量的甜味劑, 已被美國(guó)食品藥品監(jiān)督局和日'本厚生省批準(zhǔn)列入健康食品添加劑，國(guó)際市場(chǎng)對(duì)木糖醇和阿拉 伯糖的需求越來(lái)越大。中國(guó)專利號(hào)CN1107117C提出利用各種磨粉T.廠和淀粉T.廠的生產(chǎn)步驟中作為副產(chǎn)物 獲得的由植物得到的纖維部分作為原料，土要是通過(guò)稀酸水解玉米粒外克(玉米膚皮)、玉米 穗莖、和相關(guān)植物的糠生產(chǎn)阿拉伯糖，沒(méi)有涉及任何提純.T.藝。產(chǎn)品的得率不高，T.藝不成 熟，成本同樣很高。中國(guó)專CN10"00685A生產(chǎn)的原料也是利用玉米外殼(玉米膚皮)通過(guò) 酶的處理，然后稀酸水解，發(fā)酵脫除雜單糖；最后利用無(wú)水乙醇結(jié)晶生產(chǎn)阿拉伯糖，不涉及其他產(chǎn)品的生產(chǎn)。阿拉伯糖產(chǎn)品的得率僅為12%,生產(chǎn)成本高，同樣不合適于工業(yè)化生產(chǎn)。 本發(fā)明的工藝流程如

圖1所示。本發(fā)明也是采用生物與化學(xué)相結(jié)合的生產(chǎn)方法，發(fā)酵工 藝獨(dú)特，首創(chuàng)性利用酵母菌和玉米芯廢棄物生產(chǎn)木糖醇和阿拉伯糖，同時(shí)減少了污染和耗能， 為玉米芯高附加值合理利用開(kāi)創(chuàng)了一條丁業(yè)化道路。本發(fā)明所提供的利用玉米芯廢棄物生產(chǎn)木糖醇和阿拉伯糖的新方法，其步驟操作如下-1一種制備木糖醇和阿拉伯糖的方法1將玉米芯廢棄物清洗浸泡除去雜質(zhì)2粉碎浸泡過(guò)的玉米芯投入到水解槽，用0. 5%-2%稀酸水解3玉米芯水解的溫度在120°C-125°C，水解時(shí)間為1. 5-2. 5小時(shí)4氫氧化鈣調(diào)節(jié)水解液的pH值到5. 5-7. 0,充分析出硫酸鈣后除去沉淀5酵母菌發(fā)酵48-96小時(shí)來(lái)除去雜糖6活性碳進(jìn)行玉米芯水解液的發(fā)酵液的脫色7用超濾設(shè)備除去部分色素和雜質(zhì)8離子交換樹(shù)脂對(duì)發(fā)酵進(jìn)行脫鹽除雜9利用糖醇分離器分離木糖醇和阿拉伯糖10蒸發(fā)結(jié)晶得到阿拉伯糖和木糖醇本發(fā)明采用了生物與化學(xué)相結(jié)合的生產(chǎn)方法，利用價(jià)格比較廉價(jià)的玉米芯作為原料，通 過(guò)稀酸水解、發(fā)酵、離子交換、分離、提純、結(jié)晶等手段，制備生產(chǎn)出純度較高的木糖醇和 阿拉伯糖，生產(chǎn)成本低，耗能小，更有利于環(huán)境的保護(hù)，而產(chǎn)品的附加值高1木糖醇的法達(dá)到，產(chǎn)品的得率在85%以上2耗能為降低40%以上，節(jié)水50°/。以上3產(chǎn)品可以廣泛地用于食品和醫(yī)藥行業(yè)，更有利于健康4木糖醇和阿拉伯糖的得率大大提高，簡(jiǎn)化了生產(chǎn).T.藝流程具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:用本發(fā)明的方法制備木糖醇和阿拉伯糖稱取玉米芯500公斤，粉碎后用水浸泡除去雜質(zhì)，按照玉米芯與1%的稀硫酸1: 5的同 液比配比，在120-125'C的條件下水解玉米芯2小時(shí)，水解液冷卻后，調(diào)節(jié)水解液的pH值到 5. 5-7. 0,用酵母菌發(fā)酵48-72小時(shí)得到木糖醇和阿拉伯糖，利用超濾設(shè)備除去部分色素和雜 質(zhì)，超濾的孔徑大小在3000-7000道爾，通過(guò)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和Dl或717型的陰離子 交換樹(shù)脂進(jìn)行水解液的脫鹽除雜，利用糖醇分離器分別得到木糖醇和阿拉伯糖的溶液，蒸發(fā)濃縮，加入無(wú)水乙醇，室溫下放置24小時(shí)結(jié)晶，分別得到63公斤木糖醇晶體和13公斤阿 拉伯糖。實(shí)施例2:用本發(fā)明的方法制備木糖醇和阿拉伯糖稱取玉米芯1000公斤，粉碎后用水浸泡除去雜質(zhì)，按照玉米芯與0.7%的稀鹽酸1: 4 的固液比配比,在120-125'C的條件下水解玉米芯2小吋，水解液冷卻后，調(diào)節(jié)水解液的pH值 到5. 5-7. 0,用酵母菌發(fā)酵48-72小時(shí)得到木糖醇和阿拉伯糖，利用超濾設(shè)備除去部分色素和 雜質(zhì)，超濾的孔徑大小在3000-7000道爾，通過(guò)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和Dl或717型的陰離 子交換樹(shù)脂進(jìn)行水解液的脫鹽除雜，利用糖醇分離器分別得到木糖醇和阿拉伯糖的溶液，蒸 發(fā)濃縮，分別加入無(wú)水乙醇和木糖醇的晶種、無(wú)水乙醇和阿拉伯糖的晶種，室溫下放置結(jié)晶， 分別得到150公斤木糖醇晶體和30公斤阿拉伯糖。實(shí)施例3:用本發(fā)明的方法制備木糖醇和阿拉伯糖稱取玉米芯1500公斤，粉碎后用水浸泡除去雜質(zhì)，按照玉米芯與2%的草酸1: 4的固液 比配比，在120-125"的條件下水解玉米芯2小時(shí)，水解液冷卻后，調(diào)節(jié)水解液的pH值到 5. 5-7. 0,用酵母菌發(fā)酵48-72小時(shí)得到木糖醇和阿拉伯糖，利用超濾設(shè)備除去部分色素和雜 質(zhì)，超濾的孔徑大小在3000-7000道爾，通過(guò)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和Dl或717型的陰離子 交換樹(shù)脂進(jìn)行水解液的脫鹽除雜，利用糖醇分離器分別得到木糖醇和阿拉伯糖的溶液，蒸發(fā) 濃縮，分別如入無(wú)水乙醇和木糖醇的晶種、無(wú)水乙醇和阿拉伯糖的晶種，室溫卜放置結(jié)晶， 分別得到240公斤木糖醇晶體和47公斤阿拉伯糖。
權(quán)利要求
1、所述的制備方法，其特征是玉米芯最好放置0.5-3年的玉米芯，先浸泡后進(jìn)行粉碎。部分浸泡后的廢水進(jìn)行循環(huán)利用，有利于提高水解液的含糖量。
2、 權(quán)利要求制備方法所用的稀酸為硫酸、鹽酸、草酸等，利用1%的硫酸進(jìn)行水解，水 解液為1.5-2.5小時(shí)，物料比為l: 5或1: 4。
3、 調(diào)節(jié)pH值的方法，調(diào)節(jié)水解液的pH值到5.5-7.0。
4、 生物轉(zhuǎn)化玉米芯水解液含糖量在15%-45%之間。
5、 發(fā)酵條件，溫度為25'C-4(TC，最好控制在30'C左右，發(fā)酵時(shí)間在48小時(shí)_96小時(shí) 之間，最好控制在72小時(shí)左右完成。
6、 發(fā)酵方式，主要是分批或連續(xù)加入水解液。
7、 用活性碳對(duì)發(fā)酵液的脫色，活性碳用量為發(fā)酵液的1% ，活性碳可以連續(xù)使用，脫色 的pH值為6. 5,溫度為4(TC左右，脫色時(shí)間為60-150分鐘。
8、 利用超濾設(shè)備除去部分色素和雜質(zhì)，超濾的孔徑大小在3000-7000道爾。
9、 離子交換樹(shù)脂對(duì)發(fā)酵進(jìn)行脫鹽除雜，所用的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為732型，陰離子交換樹(shù) 脂為Dl或717型。
10、 發(fā)酵液通過(guò)脫鹽除雜后，發(fā)酵液通過(guò)糖醇分離器分離木糖醇和阿拉伯糖。
11、 真空濃縮發(fā)酵液至原體積的1/2，加入無(wú)水乙醇，常溫下結(jié)晶。
全文摘要
本發(fā)明主要提供一種利用玉米芯生產(chǎn)木糖醇和阿拉伯糖的發(fā)酵工藝和提純工藝，涉及高得率高純度木糖醇和阿拉伯糖的制備方法。通過(guò)玉米芯水解液、發(fā)酵、超濾、離子交換、脫色、蒸發(fā)濃縮、分離提純結(jié)晶等工藝得到高純度木糖醇和阿拉伯糖晶體，采用生物發(fā)酵工藝和糖醇分離系統(tǒng)，使產(chǎn)品的得率大大提高。本發(fā)明發(fā)酵工藝獨(dú)特，首創(chuàng)性利用酵母菌和玉米芯廢棄物生產(chǎn)木糖醇和阿拉伯糖，同時(shí)減少了污染和耗能，為玉米芯高附加值合理利用開(kāi)創(chuàng)了一條工業(yè)化道路。
文檔編號(hào)C07H1/00GK101323870SQ20081013445
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者張?zhí)m波, 莉 朱 申請(qǐng)人:北京天地綠園農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院;北京天地華盈生物科技有限公司